钻井工程优化设计技术2011.5 1

钻井工程设计优化技术,目的,1.加深对钻井工程设计理念的理解,进一步提高对钻井工程设计重要性的认识;2.熟悉钻井工程设计工作程序，掌握钻井工程设计方法；3.进一步提高钻井设计水平，更好地服务于油田勘探、开发。,内容,油藏地质,钻井工程,地面建设,采油工程,钻井是中间过程，其作用主要有两个：建立油藏到地面的通道；认识、发现油气的主要手段。,“钻头不到，油气不冒”，钻井是油气勘探开发中必不可少的关键环节。钻井工程需要耗费大量的人力、物力和财力。据统计：钻井成本约占油气勘探成本的70%80%，约占油气开发成本的40%50%。钻井已不单是构建油气通道，而是成为了提高勘探成功率、开发钻遇率和采收率的主要手段。,绪论钻井在油田勘探开发的地位,钻井设计,钻井施工的依据钻井监督的依据甲乙方结算的依据,合理地规划钻井工艺技术，预算钻井周期和成本。,钻进过程的难易,钻井成本的高低,勘探开发的整体效益,勘探开发的成败,绪论钻井设计的作用、意义,对于油田勘探、开发部门，其关注点是：有效地保护油气层；油气井寿命长；满足采油工艺、储层改造的要求；钻井成本低。对于钻井服务承包商，其关注点是：封隔不同的压力及复杂层位以利于钻井施工；有利于井控作业及其他复杂故障的处理；钻井成本合理。,绪论钻井设计的作用、意义,高效开发社会经济效益最大,为有效兼顾各方的关注点，需确立“系统优化”的设计理念，既把油田的勘探开发作为一个整体，以油田的勘探开发综合效益最高为目标，确定钻井设计原则。,体现“系统优化”的设计理念,绪论优化钻井设计的理念,内容,(1)满足地质设计对工程的要求钻井是实现地质目的的手段，钻井也是为地质目的服务，对于探井是取得地层资料，力争获得地质发现，对于开发井来说是快速建成生产能力。钻井设计必须以保证实现地质任务为前提，充分考虑录井、测井、中途测试、完井、试油等方面的需要，因此钻井设计必须提高服务于地质目的的意识。通过采取一系列先进适用技术，适当的成本投入，提高为地质目的服务的质量。如探井应为油气发现与评价创造良好的条件，钻井液密度尽可能接近于地层孔隙压力，避免使用影响气测与录井的添加剂，有利于录井捕捉油气显示，提高井眼质量，并为录井、试油创造良好的环境，减少油气层污染，为准确评价油气层创造条件。对于开发井应建立良好的采油（气）与注水、井下作业的井筒环境，保证油气井安全生产与后期作业。,二、原则和依据,1、基本原则,(2)钻井设计法律法规遵循原则钻井设计是在充分分析有关地质和工程资料基础上进行编制，必须符合国家及当地政府有关法律、法规和要求，必须依据国家、行业、企业有关标准及规定进行编制，保证钻井的合法性。钻井设计前必须对钻井地质、工程、井位、周边环境等进行前期研究和现场调研，区域探井和重点预探井必须完成可行性论证报告。在此基础上设计应按照安全、快速、优质和高效的原则编制，形成的钻井设计必须具有可操作性，所提出的钻井指标要体现该地区或可比地区的钻井先进水平。,二、原则和依据,1、基本原则,(3)客观、公正原则钻井设计要体现业主对钻井工程施工的要求，同时也要本着客观、公正的原则，平衡各方利益，在工期、材料消耗设计时要考虑平均水平，使大多数施工队伍按设计施工都不亏损。设计的工期在考虑技术进步，情况下按一般平均水平考虑，如果风险费不能体现钻井向更复杂地区发展的实际，设计工期还应附加一定的风险工期。,二、原则和依据,1、基本原则,(4)安全与环保优先原则作为负责任的大公司，应树立百年发展意识，也就是其生产活动必须保证在长达100年以上的时间内不会对环境造成严重的损害，因为这种损害一旦发生，将付出沉重的代价，甚至导致公司无法取得社会公众的支持。钻井活动对安全与环境影响巨大，12.23等数次特大安全环境事故都发生于钻井行业，对公司的社会形象造成极其恶劣的影响。钻井设计必须树立安全与环境优先意识，确保钻井以及后期油气开发生产中不会因为钻井问题而导致对安全与环境的严重损害。例如，一般地表淡水层必须得到有效保护，在稠油开采时应考虑到多次注汽吞吐对水泥环的破坏，因此表层套管应封到淡水层以下，不应考虑这种淡水层目前是否已动用。有些淡水层虽然现在没有动用，但未来可能会需要动用，今天的无人区可能明天成为繁华的都市。在井身结构、套管强度以及弃井设计中都必须考虑长时间不会对环境造成严重危害。,二、原则和依据,1、基本原则,(5)责任与权利、义务相统一原则钻井设计人员负有安全的责任，地质设计人员并不能承担钻井安全的责任，因此钻井设计的地层压力预测必须由钻井人员完成才能体现责任与义务的相统一。一般地质设计人员关心目的层的压力情况，对钻井需经过的上部地层可能研究不深入，不排除由于地质人员的主要目标是油气层保护与地质发现，而有意修正预测结果，以最大限度有利于自己工作成果取得的可能性。区域预探井钻井设计应利用地震、邻区情况进行压力预测，评价井与开发井应利用邻井地层压力监测、检测与地层压力测试资料预测本井地层压力。老区开发井应分析近几年各开发动用油气层压力公报，搞清全部所钻地层的压力。,二、原则和依据,1、基本原则,(6)钻井风险与经济性统一原则钻井总是会存在风险的，减少风险往往带来钻井成本的增加，有时甚至表面上看增加了施工成本可以减少风险，但事实上又带来新的风险，因此设计必须平衡钻井的风险与经济性，做到风险与经济性的统一，以适中的投资适度控制钻井的风险。钻井设计在主要目的层段必须体现有利于发现与保护油气层，而在非目的层段应主要考虑满足钻井工程施工作业安全和降低成本的需要。,二、原则和依据,1、基本原则,(7)强制性与推荐性措施区分钻井设计是业主单位利益的体现，对于业主单位有影响的内容如对质量要求、安全要求等，应是强制执行的设计内容。但由于设计者并不能保证是知识最全面、最具权威性的人，因此对于提高钻井生产效率的措施应是推荐措施，应鼓励施工单位采用自己最先进的特色技术，不断提高钻井生产效率，降低钻井风险，从而提高自身的经济效益。因此设计应区分推荐性与强制性措施，以便于充分发挥施工单位的积极性，设计单位也可通过及时收集施工信息，不断提高设计的水平。,二、原则和依据,1、基本原则,(8)设计要科学合理、详尽、完备性原则设计必须做到科学合理、详尽、完备，这就要求设计不能出现遗漏，但对于有区块标准设计的批钻井，在执行区块标准设计基础上，可以只对差异部分做出具体设计，共性部分可以执行标准设计（或已形成的相应规范）。,二、原则和依据,1、基本原则,(9)采用技术成熟、先进、适用原则钻井面临的对象复杂多变，钻井需克服各种复杂的地质情况，同时钻井还要追求最高的效率与效益，先进适用的技术是实现这一目标的保证，钻井设计应尽可能采用先进、适用的技术，提高钻井安全性与效率。钻井设计中采用的技术必须是成熟的技术，如果现有技术难以满足钻井作业需要时，应积极组织攻关研究，探索解决钻井难题的途径，确保钻井目的的实现，还没有成熟的技术进入设计应提出试验保证措施。,二、原则和依据,1、基本原则,(10)充分研究地层、地质条件原则钻井的必须与具体的地层、地质条件打交道，解决钻井过程中出现的地质问题，因此钻井设计必须认真分析地质、地层情况，使钻井设计的措施更具有针对性，尽可能减少钻井施工的风险。,二、原则和依据,1、基本原则,(11)充分分析并提供邻井资料原则邻井资料分析是设计的基础，只有充分参考邻井的经验与教训，才能充分优化钻井设计。同时邻井资料也是现场施工人员的重要参考，一个设计即便水平不高，只要邻井资料提供全面，分析正确，一个有经验的井队工程师也能制订出最佳的措施，高效完成钻井施工，反之如果设计中没有提供充分的邻井资料，则井队工程师可能难以吃透设计精神，执行措施可能不具有针对性，因此不可避免地会出现各种复杂情况，重复别人犯过的同样错误。设计书中要有邻井资料与情况分析的详细内容,二、原则和依据,1、基本原则,二、原则和依据,2、基本依据,基本依据,技术标准、规定,钻井地质设计,油藏地质设计,安全类标准,AQ2012-2007石油天然气安全规程,SY/T5087-2005含硫化氢油气井安全钻井推荐作法,SY/T5225-2005石油天然气钻井、开发、储运防火防爆安全生产技术规程,SY/T5225-2005石油天然气钻井、开发、储运防火防爆安全生产技术规程,SY/T5974-2007钻井井场、设备、作业安全技术规程,SY/T6426-2005钻井井控技术规程,SY/T5964-2006钻井井控装置组合配套、安装调试与维护,AQ2012-2007石油天然气安全规程：5.2.3钻井工程设计5.2.3.1井身结构设计应符合下列规定：钻下部地层采用的钻井液，产生的井内压力应不致压破套管鞋处地层以及裸露钻的破裂压力系数最低的地层；下套管过程中，井内钻井液柱压力与地层压力之差值，不致产生压差卡套管事故；考虑地层压力设计误差，限定一定的误差增值，井涌压井时在套管鞋处所产生的压力不大于该处地层破裂压力；对探井，考虑到地层资料的不确定性，设计时参考本地区钻井所采用的井身结构并留有余地。根据井深的实际情况具体确定各层套管的下入深度；含硫化氢地层等特殊井套管设计，应符合5.2.3.5的规定。,AQ2012-2007石油天然气安全规程：5.2.3.2随钻底层压力预测与监测应利用地震、地质、钻井、录井和测井等资料进行预测地层压力和随钻监测；并根据岩性特点选用不同的随钻监测底层压力方法。5.2.3.3钻井液设计应符合下列规定：应根据平衡地层压力设计钻井液密度；应根据地质资料和钻井要求设计钻井液类型；含硫化氢气层应添加相应的除硫剂、缓蚀剂并控制钻井液pH值，硫化氢含量高的井一般应使用油基钻井液，并符合4.5.7的规定；探井、气井和高压及高产油气井，现场应储备一定数量的高密度钻井液和加重材料，储备钻井液应经常循环、维护；施工前应根据本井预测地层压力梯度当量密度曲线绘制设计钻井液密度曲线、施工中绘制随钻监测地层压力梯度当量密度曲线和实际钻井液密度曲线，并依据监测结果和井下实际情况及时调整钻井液密度。,二、原则和依据,基础类标准,方法类标准,质量类标准,SY/T5313-2006钻井工程术语,SY/T5333-1996钻井工程设计格式,SY/T5431-2008井身结构设计方法,SY/T5724-2008套管柱结构与强度设计,SY/T5088-2008钻井井身质量控制规范,Q/SHSLJ0005.1-2002井身质量,Q/SL0005.2-2001钻井取心质量,二、原则和依据,二、原则和依据,质量要求,井身质量,固井质量,完井井口质量,质量要求,Q/SHSLJ005.1:井身质量评定钻井井身质量的项目最大全角变化率，(0)30m井底水平位移（m）；最大井斜角，(0)；平均井径扩大系数。,二、原则和依据,质量要求,井身质量,固井质量,完井井口质量,质量要求,二、原则和依据,质量要求,井身质量,固井质量,完井井口质量,质量要求,二、原则和依据,质量要求,井身质量,固井质量,完井井口质量,Q/SHSLJ005.3:固井质量,水泥环质量鉴定(1)水泥环质量鉴定应以声幅(CBL)为准。声幅测井要求测至水泥面以上5个稳定的接箍讯号，讯号明显，控制自由套管声幅值在812cm(横向比例50mv/cm，即400600mV)。而在百分之百套管与水泥胶结井段声幅值接近零线，曲线乎直，不能出现2mm负值。测量前后幅度误差不超过土10，测速不超过2000m/h。凡水泥浆迟至地面的井和尾管井，测声幅前在同尺寸套管内确定钻井液声幅值。(2)声幅相对值在15以内为优等，一般30为合格。对低密度水泥声幅值暂定40合格。(3)经声幅测井其质量不能明确鉴定是否符合设计要求时，可用变密度(VDL)等其它方法鉴定。(4)正常声幅测井应在注水泥后2448h内进行，特殊井(尾管、长封固段、缓凝水泥等)声幅测井时间依具体情况而定。(5)声幅曲线必须测至最低油气层底界以下10m。(6)油层套管固井，水泥环声幅质量鉴定，主要针对封隔油气层段部分。,二、原则和依据,质量要求,井身质量,固井质量,取心质量,完井井口质量,Q/SHSLJ005.2:取心质量,二、原则和依据,2、基本依据,基本依据,技术标准、规定,钻井地质设计,油藏地质设计,二、原则和依据,油藏地质设计,井位部署构造位置地质目标（靶点坐标）储层物性流体性质开采方式质量要求,钻井工程设计的基础数据,二、原则和依据,辛176,王58,王X583,王60,牛X114,压力系数1.43,压力系数1.23,压力系数1.2,压力系数1.22,压力系数1.06,构造位置,二、原则和依据,井位部署地质目标（靶点坐标）地理环境采油工艺,油藏地质设计,涉及到井型、整体方案优化,二、原则和依据,油藏地质设计,流体性质,油气是否含H2S、CO2密度、粘度地下水性质等,涉及到钻井整体设计优化,二、原则和依据,油藏地质设计,e.g.如果储层流体是天然气，且含硫化氢从井场布置到井身结构、井控、钻井液体系、套管选材、水泥浆体系、健康安全环保等一系列环节都需要针对“硫化氢”、“气井”展开。,例,胶乳防气窜水泥浆体系,抗硫金属密封,二、原则和依据,油藏地质设计,e.g.如果储层流体属于稠油（粘度50mPas，相对密度0.92）油层套管尺寸：适应稠油热采要求，一般用7套管；套管强度：适应井口高温高压产生额外应力的要求，钢级TP110H；水泥浆体系：水泥加砂，提高水泥石热稳定性；,例,e.g.地下水性质影响到钻井液性能的维护，如：地层水中Ca2+、Cl-的浓度偏高会导致钻井液粘度、失水增大。,二、原则和依据,油藏地质设计,储层物性,渗透性：e.g.低渗透油气藏埋藏深，储层物性差，储量丰度低，直井单井控制储量小，为改善开发效果，提高采收率，常考虑复杂结构井开发技术。储层敏感性：直接影响储层保护技术对策的制定。,孔隙度渗透性孔喉特性储层敏感性等,井别：预探井设计垂深：2950mA靶垂深:2930mB靶垂深:2950m目的层：沙三下完钻层位：沙三下完钻原则:定深完钻（2950）钻探目的：了解罗家地区罗7井区沙三下亚段泥页岩储集性能及含油气情况。,例,页岩（油）气,二、原则和依据,保证井壁稳定,满足泥页岩储层对固井质量的要求,二、原则和依据,例,页岩（油）气,井眼轨道,钻井方式,钻井液体系,保证井壁稳定,钻井关键技术的影响因素,满足泥页岩储层对固井质量的要求,二、原则和依据,例,与主应力的关系,靶前位移的选择,保证井壁稳定-井眼轨迹,井眼轨迹,按套管完井优化为350m,与主应力夹角控制在1530,裸眼分段压裂完井优化为570m,二、原则和依据,例,1、滑动导向钻井,2、地面控制导向钻井,弯马达+随钻测量,可变径稳定器+井下弯马达+MWD/LWD,3、旋转导向钻井,旋转导向钻井系统,几何导向钻井技术发展的三个阶段,保证井壁稳定-钻井方式,二、原则和依据,例,保证井壁稳定-钻井方式,二、原则和依据,例,保证井壁稳定-钻井液体系,国内外页岩开发现状,罗家储层实钻情况,钻井液体系,二、原则和依据,例,国内外页岩开发现状,罗家储层实钻情况,钻井液体系,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,国外页岩油气藏开发钻井液现状,国外以油基钻井液、合成基钻井液为主，部分地区使用有机或无机盐钻井液。哈里伯顿曾在页岩油气藏水平井中使用过胺基钻井液。美国的派克31井是页岩气井，该井采用气体泡沫钻井液。,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,2011年3月，川庆钻探公司成功地完成了国内第一口页岩气水平井威201H1井，完钻井深2823.48m，水平段长1079m。三开水平段（504-2823.48m）采用柴油基钻井液。,国内其它页岩气水平井泌页HF1井（正钻）、威201-H3井、涪页HF-1水平段都设计使用油基钻井液。,国内页岩油气藏开发钻井液现状,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,国内外页岩开发现状,罗家储层实钻情况,钻井液体系,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,罗67井全岩矿物组分含量表,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,罗67井粘土矿物组分含量表,储层岩石类型主要为泥质岩类，储层粘土矿物含量较高，要求钻井液具有较强的抑制性能，减少粘土水化膨胀。,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,罗67井岩石样品扫描电镜分析结果,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,罗67井沙三层位岩心CT扫描切片,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,罗69井裂缝分析结果,储层微裂隙和层理发育，给钻井液施工(特别是水基钻井液)造成极大困难，极易造成井壁不稳定，给后期施工带来困难。,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,储层地质特征分析结果,储层岩石类型主要为泥质岩类，储层粘土矿物含量较高，要求钻井液具有较强抑制，减少粘土水化膨胀。根据敏感性实验结果，储层水敏性中等偏强，因此要求钻井液能够避免储层发生水敏性损害。储层微裂隙和层理发育，给钻井液施工，特别是水基钻井液施工造成极大困难，极易造成井壁不稳定，给后期施工带来极大困难。,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,井径扩大率,罗69井目的层段井径数据表,罗斜153井井径扩大率,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,国内外页岩开发现状,罗家储层实钻情况,钻井液体系,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,用于钻复杂地层，有利于井壁稳定软、硬脆性泥页岩等易垮塌地层蒙脱石含量较高的水敏性地层盐膏层抗温性强润滑性好有利于储层保护,油基钻井液目前已成为钻高难度的高温探井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要技术。,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,从微裂缝本身来讲,不能仅靠某一粒径的封堵材料，必须综合选用多种粒径，不同封堵原理的材料进行搭配。因此强封堵油基钻井液封堵材料选用刚性、柔性和树脂类成膜封堵材料相结合，协同解决泥页岩的井壁掉块和坍塌问题。,提高,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,油基钻井液关键技术,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,1、柴油基钻井液配方配方：0#柴油+CaCL2溶液+3%主乳化剂+1.5%辅乳化剂+2%润湿剂+4%有机土+1.5%碱度调节剂+3%降滤失剂+封堵剂2、白油基钻井液配方配方：5号白油+CaCL2溶液+3%主乳化剂+1.5%辅乳化剂+2%润湿剂+4%有机土+1.5%碱度调节剂+3%降滤失剂+封堵剂本井为探井，选用柴油基钻井液,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,作用效果,浸泡初,浸泡7h后,泥饼松散，泥饼反应比较彻底，一碰即碎，效果明显。,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,国内外页岩开发现状,罗家储层实钻情况,钻井液体系,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,配方：35%土+0.5%PAM+1%有机胺+1.52%有机铝+11.5%磺酸盐降失水剂+23%树脂+12%非渗透类处理剂+2%纳米乳液+10%BH-1。添加剂：SF-1，烧碱，加重剂,水基钻井液-胺基钻井液,目前水基钻井液中抑制性最好的是高性能有机胺钻井液,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,两种钻井液体系对比,根据罗家区块地质特征，油基钻井液更有利于解决泥页岩地层易坍塌的难题，更有利于该区块快速高效钻井，同时油基钻井液具有不可替代的油层保护效果，更有利于该区块水敏性储层保护。如果考虑成本，可使用强抑制胺基钻井液体系，但该体系的钻井风险较大。建议该区块使用油基钻井液体系，如果配合油基钻井液回收利用技术，虽然第一口井成本较高，但是第二口井、第三口井可降低20%30%成本。,保证井壁稳定-钻井液体系,二、原则和依据,例,钻井关键技术的影响因素,满足泥页岩储层对固井质量的要求,提高固井质量的技术方案,影响固井质量分析,1、井眼条件2、井眼清洁程度3、套管居中程度4、水泥浆体系选择及参数控制,二、原则和依据,例,1、井眼条件（1）井眼规则程度井径扩大率10%；轨迹平滑,无“糖葫芦”井眼。（2）井眼稳定井眼不漏不涌，井壁稳定。发生漏失，下套前必须进行预堵漏，必要时进行承压堵漏。2、井眼清洁程度（1）岩屑床的清除必须保证水平段“低边”无沉砂，“大肚子”井眼无残余钻井液。（2）油基钻井液泥饼清除必须有效清除油基钻井液的泥饼，为提高第二界面水泥胶结质量提供条件。,钻井关键技术的影响因素,二、原则和依据,例,影响固井质量分析,3、套管居中程度常规的弹性和刚性扶正器无法保证长水平段的套管居中。4、水泥浆体系选择及提高顶替效率针对油页岩储层的特点，后续作业需进行压裂投产，固井水泥石必须具有一定的韧性。提高顶替效率必须有良好的井眼条件和井眼清洁。,二、原则和依据,例,总体思路：膨胀增韧性水泥+变径膨胀扶正器+自膨胀辅助封固工具,常规固井难点,解决对策,1、套管难以居中2、水泥浆收缩7-14%3、水泥浆沉降4、水泥先天脆性材料，压裂等异常外力下容易碎裂。,微膨胀增韧水泥：提高水泥石抗震强度、抗水泥浆收缩。变径膨胀扶正器套管柱下至井底后液压起张，解决水平井带扶正器管柱下入和套管居中难题，改善顶替效率。自膨胀辅助封固工具：辅助水泥环形成有效的段间隔离，提高压裂效果。,提高固井质量的技术方案,例,提高固井质量的技术方案,1、井眼条件通过先进的钻井技术和良好的钻井液体系及性能保证井眼规则，井壁稳定。2、井眼清洁(1)岩屑床清除需要钻井液具有良好的清洁携岩能力。(2)油基钻井液泥饼清除使用适用于油基钻井液的冲洗液体系和隔离液体系,例,油基钻井液配套技术冲洗隔离液技术,水基钻井液完钻,在套管壁上粘附的是水膜或水基钻井液；而在井壁上滤饼的主要成分是聚合物、固相颗粒等；润湿状态是水润湿，对固井质量影响较小。,油基钻井液完钻,在套管壁上粘附的是油膜或油基钻井液；而在井壁上滤饼的主要成分是油溶性聚合物、沥青类等；润湿状态是油润湿，对固井质量（特别是界面胶结强度）影响较大。,对于油基钻井液完钻的井，为保证固井二界面胶结强度，依据油基钻井液自身滤饼特点，加强前置液，特别是冲洗液的研究和应用，改变井壁和套管壁的润湿状态，对于提高固井质量至关重要。,提高固井质量的技术方案,例,前置隔离液：主要作用为隔离油基钻井液与冲洗液，防止油基钻井液被冲洗液污染，以便油基钻井液重复利用；还可以提高顶替效率。冲洗液：清洗套管壁和井壁，改变其润湿状态，提高界面胶结状态。后置隔离液：防止冲洗液被污染，进一步改善套管壁和井壁润湿状态。,油基钻井液污染的烧杯,清水摇洗,清洗剂摇洗,5分钟后,前置液室内试验效果,油基钻井液配套技术冲洗隔离液技术,提高固井质量的技术方案,例,3、套管居中选择井下膨胀扶正器保证套管居中。采用自膨胀辅助封固工具：辅助水泥环形成有效的段间隔离，提高压裂效果。4、水泥浆体系选择及提高顶替效率水泥浆体系选择塑性微膨胀水泥浆体系，水泥浆中加入晶格膨胀剂和塑性纤维，提高水泥韧性和第二界面胶结质量。在保证井眼安全的前提下，尽可能提高顶替钻井液排量。,提高固井质量的技术方案,例,井下膨胀式扶正器,5-1/2”型号扶正器中心管与5-1/2”套管一致，强度耐压等指标等同于P110级套管。未液压胀开时外径180mm（下次改进至175mm），下到位后液压胀封，打压胀开后外径随井眼变化，最大可达400mm（适用井眼直径190350mm），在8-1/2”井眼使用无任何遇阻。可以充分保证套管居中。,提高固井质量的技术方案,例,自胀封辅助固井工具,在射孔段上下加放，辅助水平段环空封隔,提高固井质量的技术方案,例,塑性微膨胀水泥主要掺入了晶格膨胀剂和复合纤维，晶格双膨胀材料可在不同的水泥浆水化阶段保持稳定的体积膨胀。在塑性体状态下，反应活性较高的组分与水化产物反应，使水泥浆体积膨胀。同时，根据水泥石失效的微裂缝生成扩展连通机理，纤维也有助于组织水泥石基体内固有微裂缝的扩展，因此可以改善水泥石力学性能。,塑性微膨胀水泥,提高固井质量的技术方案,例,力学性能参数,抗冲击韧性、抗折强度是衡量材料塑性的量度，随两者的提高，水泥石韧性越好，能够承受更大的冲击；弹性模量则是刚性的量度，弹性模量越大，变形的能力越差。塑性微膨胀水泥比常规水泥石抗冲击韧性提高20%以上，抗折强度提高了1015%，弹性模量则下降了约20%。因此，该水泥体系能有效减少水泥基体收缩而引发的微裂缝，延缓与阻止基体中微裂缝的扩展，有利于把局部应力传递给整个水泥石基体。,塑性微膨胀水泥,提高固井质量的技术方案,例,二、原则和依据,油藏地质设计,油气水显示及油气水层位置,尽可能详尽的提供邻井钻井过程中槽面油气水的显示情况，及当时钻井液密度的使用情况和所钻层位、深度等资料；给出当前井的预测油气水层位置。,二、原则和依据,2、基本依据,基本依据,技术标准、规定,钻井地质设计,油藏地质设计,二、原则和依据,地质分层、地层岩性,地质分层要准确，在涉及套管下深原则时影响整个钻井过程的安全。地层岩性要明确特殊岩性的分布，像石膏、煤系、砂砾岩体等,二、原则和依据,地质分层、地层岩性,例,二、原则和依据,地下压力情况地层压力、破裂压力、坍塌压力,三压力剖面是确定合理钻井液密度、进行井身结构设计、开展油气层保护的基础数据，其准确性关系到钻井液密度及井身结构的合理性，直接关系到钻井安全。三压力剖面是油气井压力井控的基础数据。,二、原则和依据,地层造斜特性地层倾向、倾角的具体数据,井口位置优选井眼轨道优化钻具组合优选,二、原则和依据,2、基本依据,基本依据,技术标准、规定,钻井地质设计,油藏地质设计,二、原则和依据,2、基本依据,基本依据,技术标准、规定,钻井地质设计,油藏地质设计,二、原则和依据,可借鉴的经验教训复杂情况同构造邻井使用钻井液密度周围注水井注水压力,已钻井资料,内容,钻井工程系统优化的目标,打的成,安全钻井,保护环境,打的快,打的好,满足质量要求,满足采油工艺的要求,保护油气层,油井寿命长,打的便宜,开发效益高,建立通道,提高油气动用率、采收率,优化设计目标,优化设计目标,打的成,依据地层压力和地层岩性,按照井身结构设计方法,确定井身结构方案,钻井工艺,固井工艺,钻井液工艺,实现地质目的,优化设计目标,打的成,经过几十年的科研攻关,形成了以发现和保护油气层为核心的配套钻完井技术、以提高泄油面积、降低成本为核心的提高油气井产量及采收率配套钻完井技术、以提高油气井质量和钻井速度为核心的安全高效钻完井技术。较好地适应了常规井安全钻井的要求。但是，对于复杂地层深井的特殊结构井还存在“打成”问题。例如：东营北带深层的特殊结构井，由于地温梯度高，最高达190多度，目前的定向井水平井测量仪器抗温能力为125C。,优化设计目标,打的成,大位移井的延伸能力还存在问题大位移井对于油田开发滩海油田有着非常重要的意义。自“八五”水平井技术攻关以来，胜利油田水平井技术得到了大规模的推广应用。胜利油田成功完成大位移水平井埕北21-平1井，完钻井深4837.40m，水平位移3167.34m，垂深2637.36m。金平1井现场试验，位垂比2.803：1,水平井水平段1356.55m。目前国外的最大水平位移达到10728m，位垂比达到6.55。采用常规的钻井技术，位移超过3500m的大位移井还存在打成的问题以及套管安全下入的问题。,优化设计目标,打的成,一、复杂地层深井的特殊工艺井1、引进或研制抗高温动力钻具、仪器。2、合理的井身结构。二、大位移井1、引进旋转导向工具。2、加快旋转导向工具的商业化进程。3、对关键的施工过程进行模拟分析。,优化设计目标,打的快,胜利油田在中深井钻井方面，2007年共完井1721口，钻井进尺411.5万米，平均井深2369米，在定向井、水平井进尺占62.4的情况下，平均机械钻速接近20米/小时，平均建井周期20.1天。2008年钻井机械钻速基本稳定在20米/小时以上。但是对于东营北带等深层砂砾岩层钻井仍然存在着机械钻速低的情况。,优化设计目标,打的好,减少钻井过程中的复杂情况。提高钻井质量1、井身质量。2、固井质量。3、完井质量。提高油层钻遇率。做好油层保护工作。,优化设计目标,打的好,目前存在钻井过程中存在的问题。1、井漏问题（车660区块，潜山油藏）2、井壁稳定问题（河148区块，砂岩疏松地层，低渗透油藏）3、水平井的固井质量和水层的有效封隔问题。水平井套管和筛管的损坏问题（草27区块，郑411区块）解决方案：1、对于复杂区块的问题进行针对性的研究；2、在加强技术攻关的同时，加强过程监督。,优化设计目标,打的便宜,设计层面1、确立系统优化的理念2、在三个结合（上与地质、下与采油、中间与钻井新技术紧密结合）的基础上，优化方案加强勘探开发一体化的程度，让钻井工程实施的主体能够分享到“打的便宜”的成果,优化设计目标,打的便宜,设计层面1、确立系统优化的理念2、在三个结合（上与地质、下与采油、中间与钻井新技术紧密结合）的基础上，优化方案加强勘探开发一体化的程度，让钻井工程实施的主体能够分享到“打的便宜”的成果,优化设计目标,打的便宜,设计层面1、确立系统优化的理念2、在三个结合（上与地质、下与采油、中间与钻井新技术紧密结合）的基础上，优化方案加强勘探开发一体化的程度，让钻井工程实施的主体能够分享到“打的便宜”的成果,优化设计目标,打的便宜,设计层面1、确立系统优化的理念2、在三个结合（上与地质、下与采油、中间与钻井新技术紧密结合）的基础上，优化方案加强勘探开发一体化的程度，让钻井工程实施的主体能够分享到“打的便宜”的成果,优化钻井设计的基本内容,开发要求,质量要求,已钻井资料,钻井方式钻井工程施工存在的技术难点,工艺技术现状,井身结构设计,钻井液设计,固井设计,体系设计,性能指标,材料用量,钻具组合,钻井参数,钻头设计,井控设计,套管管柱,注水泥设计,后期作业成本,钻井作业成本,开发效益最高,根据目前的工艺技术水平风险评估,轨道设计,以钻井环境、开发要求、工艺技术现状、实钻经验、相关标准规定为依据，以系统工程的理论和方法为指导，以整体优化为原则，建立整个开发系统的“最优方案”，,钻井工程设计系统优化设计思路,层次,涉及,设计系统优化影响因素,部门,专业,钻井工程设计系统优化设计思路,涉及专业,油藏地质,地球物理,钻井工程,采油工程,涉及部门,涉及层次,影响因素分析,管理部门,建设单位,施工单位,设计单位,技术工艺,配套工艺,安全环保,开发目标,组织沟通能力,系统协调能力,专业知识能力,(1)钻井地质知识地层是钻井施工的对象，对地层情况全面深入了解是钻井设计的基础，了解地质知识可以来自于地质设计，但由于地质设计主要关心的是地质目标与任务，对钻井过程中的地质情况描述也许并不能完全满足钻井的需求，另外钻井地质设计站的角度也与钻井人员不完全一致，钻井的特殊需求在地质设计中往往难以体现。因此一个负责任的钻井设计人员必须全面了解所设计井地区的地质情况，并从钻井角度对地层进行深入的研究。钻井人员了解地质知识需要学习地质知识，多看地层露头剖面，多与地质录井人员进行交流。一般在井位确定前，地质上要经过一系列相关论证，如地震解释处理成果验收、构造解释方案论证、井位论证，这些论证对于钻井人员掌握地质信息非常有价值，如断层解释、构造模式可能有几种方案，这些方案导致钻井技术相差甚远，如果钻井人员不了解其它可能存在的方案，则钻井设计就难以适应各种可能存在的地质条件，钻井就会经常变成遭遇战。地层压力系统是对钻井影响最大的地质因素，钻井设计人员必须准确把握设计井的地层孔隙压力、破裂压力、坍塌压力三个压力剖面。,(2)钻井工艺知识对钻井工艺的全面掌握是设计的前提，设计人员必须具有全面的钻井工艺知识，丰富的现场经验，只有这样才能全面、科学合理地从事钻井工程设计。钻井工艺知识包括：.钻机设备性能、使用方法及配备；.地层压力与井眼稳定性；.钻具组合力学特性、使用方法与防斜技术；.钻头类型、性能特点、使用方法、配套钻井参数，提高钻速相关技术；.钻井液体系、性能特点、使用与维护方法；.油气层保护技术；.固井与完井技术；.复杂与事故征兆、识别、预防与处理技术；.配合测井、试油、录井的技术措施；.定向井、丛式井、水平井、分支井等特殊结构井知识；.欠平衡/气体钻井、控压钻井知识。,(4)钻井新技术知识解决特殊钻井问题、提高钻井效率与效益，需要应用钻井新装备、新技术、新方法来兼顾安全与效益的关系，钻井设计人员必须全面了解国内外钻井新技术的最新进展情况，掌握各种新技术应用的前景，并能在实际钻井设计过程中灵活运用这些新技术，不断提高设计地区钻井工艺水平，促进技术进步，使钻井设计更加科学合理。,(5)监督知识监督是设计执行的保证，设计人员熟知监督知识才能使监督更好地监督设计执行，使监督充分完全行使业主单位监督的职权，因此设计人员必须系统性掌握监督的相关知识，并取得监督证。,(6)井控与安全知识设计人员负有井控与安全的责任，设计中必须按有关规定详细设计井控与安全措施，因此设计人员必须熟知井控与安全的知识。,在钻井工程设计优化时，涉及众多的设计项目，且每个不同的项目又有不同的方案，面对诸多影响因素，需确定主要影响要素。通过主要要素的优化，实现优化的目标。,优化钻井设计的基本思路,开发要求,质量要求,已钻井资料,钻井方式钻井工程工艺存在的技术难点,工艺技术现状,井身结构设计,钻井液设计,固井设计,体系设计,性能指标,材料用量,钻具组合,钻井参数,钻头设计,井控设计,套管管柱,注水泥设计,后期作业成本,钻井作业成本,开发效益最高,根据目前的工艺技术水平风险评估,轨道设计,优化钻井设计的基本思路,油藏地质设计,地面条件,采油工艺要求,钻井方式,直井,定向井,水平井,单井,丛式井,井型,工艺,常规,气体,欠平衡,优化钻井设计的基本思路,油藏地质设计,地面条件,采油工艺要求,钻井方式,直井,定向井,水平井,单井,丛式井,井型,工艺,常规,气体,欠平衡,采用丛式井技术应进行钻井总体设计确定井场个数，每个平台的钻井数量和钻井顺序。,根据钻井能力布置钻井井场（平台）和根据油藏开发意图布置钻井井场（平台）的思路进行优化,丛式井整体优化,前提：满足油藏、地质、采油工艺的需求，现场施工安全易行任务：优选平台个数及位置、优化钻井顺序、优化井眼轨道设计目标：钻井施工安全、经济，整体开发方案合理难点：地质油藏的需求可能与方便现场施工存在矛盾,优化钻井设计的基本思路,优化钻井设计的基本思路,成本最小为目标的平台位置优选、轨道优化设计技术超浅地层、大尺寸非常规井眼定向技术小间距大型丛式井组井眼轨迹防碰技术三维定向井钻井技术,从钻井到采油的协调优化钻井工程与地面（海工）工程的优化工程经济评价优化.,优化钻井设计的基本思路,1、老168丛式井组井位部署及井场分布,井斜大井斜角60的井20口位移垂深的比值大井底水平位移2500m的井3口,作业日费：41363美元/天待命日费：20000美元/人员日费：国内工程师800美元/天.人（2人）国外工程师1400美元/天.人（2人）国内工程师动复员费：2500$/人国外工程师动复员费：35000$/人旋转导向工具动复员费：76000$作业、人员日费合计：45763$（320341元）人员、工具动复员费合计：151000$（10